功能安全的目标是降低因失效导致电气和电子元器件发生故障的风险。在汽车行业,此类程序和要求已在 ISO 26262 标准中正式成为明文规定。ISO 26262 要求对电子设备进行随机硬件失效和系统故障测试。ISO 26262也代表了汽车电子设备安全性方面的先进技术水平,对于所发布的产品容易受到责任诉讼影响的汽车制造商和供应商而言,符合其要求是不可或缺的。
系统性故障是指可导致集成电路无法按照产品规格正常运行的故障。这类故障可能包括设计缺陷、硬件/软件接口问题、错误解释或不完整的规范,等等。在应对系统性故障方面,IC 行业已积累大量的知识、工具和流程。相比之下,自动驾驶汽车行业还缺乏经验,也不具备良好的发现和解决随机硬件故障的能力。随机硬件故障是不可预测的,并且会随着 IC 运行时间的推移而发生。
ISO 26262 要求芯片持续运行,或在出现随机硬件故障的情况下可以安全失效。确保 IC 针对随机性故障安全失效,需要四个关键过程:
这些过程以闭环流程运作,其中每个过程的结果将为下一步骤提供信息。这对于解决随机硬件故障和构建一次成功的安全 IC 设计至关重要。本文将讨论其中每个过程以及可提高工程师在每个阶段的效率的先进验证技术。
三、生命周期管理
ISO 26262 包括跟踪和管理设计变更、测试结果和安全指标方面的指南。许多公司仍然依靠他们的工程师手动跟踪和收集这些信息。手动方法在记录的数据中引入错误的可能性更大,并且总体速度要慢得多。此外,手动管理数据不能将重要信息链接到一起,使得可追溯性变得非常困难。变更和配置数据、设计要求、验证结果等都是单独存储的。因此,工程师要想创建进行审核和评估所需的工作产品,需要花时间将信息拼凑在一起。随着汽车 IC 变得日益复杂,手动管理需求和合规性已经跟不上要求了。
安全工具的自动化设计为进入 IC 设计领域的汽车公司和进入汽车市场的 IC 设计公司提供了诸多好处。首先,自动化减少了工程师在这些任务上投入的时间,使他们能够专注于芯片的差异化功能。其次,自动化安全设计简化了在架构未知的模块(例如第三方 IP 或机器生成的代码)中插入安全机制的过程。第三,自动化在跨个人和团队的安全机制实现中灌输了一致性。最后,自动化加速了将传统 IP 提升到符合功能安全标准的过程,特别是在无法联系到原始设计人员时。
有了这些验证技术,芯片设计人员就可以在设计过程中更早地开始对其自动驾驶芯片进行验证和确认。新的移动性验证自动驾驶汽车的成功取决于由先进传感器和强大芯片构成的系统实时感知和处理大量数据的能力。因此,这些芯片将需要全新的架构来满足自动驾驶的功耗、性能和面积要求。此外,即使在恶劣的环境条件下,自动驾驶 IC 也需要以近乎理想的可靠性和准确性运行,并且运行时间要比传统消费电子产品中的 IC 长得多。
设计这些芯片仅仅是个开始。自动驾驶汽车 IC 设计必须证明能够正确运行,并在出现随机硬件失效的情况下安全失效。类似 ISO 26262 这样的功能安全标准必须非常严格,安全关键 IC 的目标是达到每十亿件产品缺陷率 (DPPB) 为零。在异常复杂的自动驾驶IC 中,要确保这种质量水平,需要一种全新的流程,将仿真和硬件加速仿真结合起来,在设计过程中进行“左移” (Left-shift) 验证。这类 IC 还必须在系统内进行验证,而不能等到真实测试之后。
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